С древнейших времен все создания на Земле должны были как-то приспосабливаться к темному и светлому времени суток. Благодаря эволюции видов они постепенно обзавелись своего рода “часовыми механизмами”, которые и переключают организм из дневного режима работы на ночной и обратно. Самая наглядная демонстрация этого процесса — чередование сна и бодрствования. Впрочем, с течением времени ученые пришли к выводу, что биологические часы связаны не только с этими циклами.
Внутренний механизм
Биоритмам подчинена жизнедеятельность всех организмов. В соответствии с ними делятся клетки, распускаются цветы, впадают в спячку животные, мигрируют птицы. То, что живой мир подчиняется какому-то внутреннему хронометру, ученые начали подмечать давно. Еще в первой половине XVIII века французский астроном Жан-Жак де Меран обратил внимание на то, что гелиотропы, которые поворачивают свои соцветия вслед за солнцем и опускают листья на ночь, продолжают делать это и в лабораторных условиях, находясь в полной и круглосуточной тьме. Получается, дело вовсе не в том, есть солнце или нет, а в каком-то внутреннем механизме?
В начале 70-х годов прошлого века генетикам удалось найти зону, которая управляет суточными ритмами, в геноме дрозофил. Было замечено, что при вмешательстве в нее мухи дезориентируются и “выбиваются” из 24-часового расписания. Выделенный несколько позже ген получил название period, или per. А в 1984 году нынешние нобелевские лауреаты — Джеффри Холл и Майкл Росбаш, которые тогда работали в Брандейском университете, и Майкл Янг из Рокфеллеровского университета — сообщили сразу в двух статьях, что им удалось точно определить, где именно в структуре ДНК находится этот ген. С тех пор и начались их совместные изыскания.
“Ученые смогли заглянуть внутрь наших биологических часов. Их открытия объясняют, как растения, животные и люди приспосабливают свои биоритмы, чтобы синхронизировать их с вращением Земли”, — говорится в пресс-релизе Нобелевского комитета.
Всё циклично
На современном этапе науке известно уже множество программ, по которым работает наше тело, — суточных, месячных, сезонных и годовых биоритмов. Все они характеризуются особым чередованием активности и отдыха органов и систем, что гарантирует полноценное восстановление. Особое место в этой иерархии занимают циркадные (суточные) ритмы, связанные с вращением Земли вокруг своей оси. Невероятно, но факт: днем и ночью у людей разная температура тела, по-разному функционируют сердце и сосуды. Циркадным ритмам подчинены обмен веществ, энергетический обмен в клетках и даже наша способность переносить физические нагрузки. Проще говоря, наше тело устроено так, что максимальный КПД от него можно получить днем, а ночью оно должно восполнить потраченный запас энергии.
На данный момент ученым известно, что центр управления циркадными ритмами находится в супрахиазматическом ядре гипоталамуса (небольшая область в промежуточном мозге). В его клетках и работают так называемые часовые гены. Ядро получает информацию от фоторецепторов сетчатки глаза, а затем посылает сигналы в центры, ответственные за циклическую выработку гормонов — регуляторов суточной активности.
Как это происходит
С наступлением ночи из верхнего придатка мозга, эпифиза, в кровь выделяется гормон сна — мелатонин (он является производным другого гормона — серотонина, который синтезируется в организме в течение светового дня). Под действием мелатонина у нас понижаются температура тела и артериальное давление, замедляются физиологические процессы. Из всех внутренних органов теперь активно работает только печень — она очищает кровь от накопившихся шлаков. Именно ночью активизируется гормон роста — соматотропин. Он также стимулирует анаболические процессы (отвечающие за синтез необходимых веществ из поступившей в организм пищи), размножение клеток и восстановление тканей.
С началом нового дня первой “просыпается” кора надпочечников: с 4.00 она начинает продуцировать возбуждающие нервную систему гормоны. Самый главный из них, кортизол, повышает уровень глюкозы в крови, а также кровяное давление, что приводит в тонус сосуды, повышает ритм биения сердца — так организм готовится к предстоящим дневным нагрузкам. В 5.00 начинает работать толстый кишечник, настраивая тело на освобождение от шлаков и отходов. В 7.00 активизируется желудок: организм требует восполнения запасов питательных веществ для извлечения из них энергии.
Сердце, печень, легкие, почки — все органы также живут и работают по часам, у каждого есть свой пик активности и период восстановления сил. Вот поэтому ученые и говорят о том, что изменение суточных ритмов вредно. Это приводит к “циркадным стрессам”, которые могут стать толчком к развитию многих заболеваний и даже ускорить процесс старения. Например, если заставлять желудок работать в 21.00, когда по программе у него предусмотрен отдых, сразу же на треть выше нормы подскакивает кислотность желудочного сока. Это приводит к развитию желудочно-кишечных патологий и обострению язвенных болезней. Сердцу ночная нагрузка тоже противопоказана — сбой в суточной активности чреват развитием сердечной недостаточности.
КОМПЕТЕНТНО
— Детальное изучение механизмов (особенно молекулярных), отвечающих за циркадные ритмы, — очень важный момент исследований. Кстати, они проводятся и в Беларуси. Причем ученые также достигают немалых успехов. Например, несколько лет назад аспирантка Института физиологии НАН Алеся Антипенко обнаружила в мозге новую популяцию нервных клеток, которые регулируют уровень гормона мелатонина в организме и одновременно контролируют тонус симпатической нервной системы. Клеточные и молекулярные механизмы действия мелатонина детально изучаются и на кафедре биохимии БГУ под руководством доцента Игоря Семака.
Независимо от того, сова вы или жаворонок, для здоровья полезно жить в соответствии с определенными правилами. То есть ложиться, вставать, принимать пищу примерно в одно и то же время. Возможно, необходима даже смена работы, если ее режим критически не совпадает с вашими биоритмами.
ЛЮБОПЫТНО
Всем известны хронологические типы — сова и жаворонок. Жаворонками называют тех, у кого пик работоспособности приходится на утренние часы и первую половину дня. С началом сумерек наступает спад, и до полуночи жаворонки уже обычно спят. Хронобиологи — ученые, занимающиеся изучением временных ритмов у живых существ, говорят, что именно “певчие” живут по природным биологическим ритмам.
А вот совы — это уже нечто уникальное. Они просыпаются обычно часов в десять утра, а то и к полудню. К 15.00 их работоспособность начинает набирать обороты, достигая пика после захода солнца. Для сов полночь — “детское” время, когда они вполне способны доделывать важную работу. Любопытно, что при этом их организм (в частности, обменные процессы) перестраивается, вырабатывая свои собственные циркадные ритмы. И здоровье абсолютно не страдает. Хронотип совы появлялся по мере того, как развивались виды деятельности человека, не зависящие от солнечного света. Практически все совы — жители больших городов. В сельской же местности подавляющее большинство населения — жаворонки.
bebenina@sb.by
